本发明专利技术涉及固体燃料能源化工技术领域，具体地，本发明专利技术涉及一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法及热解气化装置。本发明专利技术的制备无焦油富氢气体的热解气化方法，包括以下步骤：1）将含碳固体原料通过供料装置送入上游热解反应器内进行有氧热解，产生热解气相产物及固体产物；2）将步骤1）产生的热解气相产物及固体产物通入下游焦油裂解反应器内，通过高温热裂解、部分氧化及热解半焦催化裂解反应除去焦油；同时热解半焦发生部分气化，获得热解气和热解半焦。本发明专利技术避免了传统工艺中的燃料燃烧提供热量的同时将挥发分一并燃烧，致使热解气体中H2、CH4含量低，后续气体组成重整反应处理量大等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体燃料能源化工
，具体地，本专利技术涉及一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法及热解气化装置。
技术介绍
含碳固体燃料(煤，生物质及其他含碳固体废弃物等)的气化是其利用过程中的一种重要方式。目前工业运行的气化工艺一般采用自热法，即气化反应过程中所需的热量由燃烧部分气化原料来提供。由于整个气化过程中的反应温度较高，因此需要燃烧40%以上的含碳原料以维持反应所需的温度(1000°C以上)。在该过程中不仅部分气化原料被燃烧， 同时产生的H2, CH4等有用气体组分也被燃烧，致使所得气体中H2/C0比例大大下降。而H2 作为一种高效、清洁的气体资源，在后续如合成甲烷，合成氨等工艺中有大量需求。以合成甲烷为例在实际生产中要求原料气中H2/C0=3. 0，而现行气化工艺出口气体组成中H2/C0 比例最高的鲁奇炉工艺也仅仅为1. 6左右。因此为了满足后续工业生产的需要必须对所得的气氛进行重整反应，以调节气体的组成。整个过程操作繁琐复杂，并伴有大量能耗。煤制兰炭工艺虽然所得气体中的H2含量大大增加，但与此同时所得干馏煤气中伴生大量焦油， 致使气体净化工艺复杂，设备运行稳定性差。为解决以上问题，一些研究已经进行，如专利 CN101045525提出，在高压条件下喷动床或流化床反应器内，以水蒸气为气化气体，通过添加二氧化碳吸收剂将二氧化碳全部吸收从而实现提高氢气产率的目的。但该工艺是在高压条件下进行，其中的二氧化碳吸收剂KOH或Ca(OH)2结块现象严重，影响工艺的正常运行。 同时在整个过程中的焦油产生情况及其处理方式并未提及。由以上分析可以看出气化工艺急需解决的问题一是尽量提高气化气中的高品质气体如h2，ch4等的含量，以提高h2/co比例，减少后续重整反应的负荷；二是最大限度脱除所得气化气中的焦油。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决上述问题，提供一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法。本专利技术的另一目的在于，提供一种基于上述制备无焦油富氢气体的热解气化方法的热解气化装置。本专利技术的制备无焦油富氢气体的热解气化方法，包括以下步骤I)将含碳固体原料通过供料装置送入上游热解反应器内进行有氧热解，产生热解气相产物及固体产物；2)将步骤I)产生的热解气相产物及固体产物通入下游焦油裂解反应器内，通过高温热裂解、部分氧化及热解半焦催化裂解反应去除焦油，同时热解半焦发生部分气化反应， 获得热解气和热解半焦。根据本专利技术的热解气化方法，所述含碳固体原料为煤、生物质或其它含碳固体废弃物等。根据本专利技术的热解气化方法，所述上游热解反应器内反应温度为700-100(TC，热量既可采用外热式获得，即通过在上游热解反应器外燃烧燃料或者通入热烟气来提供反应所需的热量，又可采用自热方式获得，即利用向反应器内通入部分氧气/空气等与反应原料进行反应放出的热量来维持；所述下游焦油裂解反应器内反应温度为900-1300°C，通过来自上游的溢流物料自身所带热量和含氧气化气氛与半焦反应所放出的热量来维持。上述具体反应温度可根据不同反应原料进行调整。根据本专利技术的热解气化方法，对步骤2)获得的热解气进行气固分离；对步骤2)获得的热解半焦熄焦后，进行废热回收。具体地，可以同时在半焦排出过程中与熄焦装置8相连，通过热量交换产生高温高压蒸汽，回收半焦所携带的热量，同时将半焦温度降低。根据本专利技术的热解气化方法，可以在热解原料内加入适量钙基矿物质或其它具有焦油裂解能力的矿物质或催化剂。本专利技术的制备无焦油富氢气体的热解气化方法即可在常压下进行又可在加压条件下进行。本专利技术的基于上述制备无焦油富氢气体的热解气化方法的热解气化装置，包括供料装置1、溢流管3，还包括上游热解反应器2和下游焦油裂解反应器4，二者通过溢流管3 连通，所述供料装置I与上游热解反应器2连通。根据本专利技术的热解气化装置，所述上游热解反应器优选为回转窑、流化床或稀相输送床；所述下游焦油裂解反应器优选为回转窑、稀相输送床、沉降炉或固定床。根据本专利技术的热解气化装置，还可以包括旋风分离器5、料腿6、排焦管7和熄焦装置8，所述排焦管7分别与下游焦油裂解反应器4与熄焦装置8相连通，所述旋风分离器5 上部物料入口通过管道与熄焦装置8相连通，旋风分离器5底部固体产物出口通过料腿6 与固体产物收集装置连通。基于上述热解气化装置，可以优选以下几种方式所述上游热解反应器可以为第一回转窑反应器13，所述下游焦油裂解反应器为第二回转窑反应器14。所述上游热解反应器可以为流化床10，所述下游焦油裂解反应器为第二回转窑反应器14。进一步，所述流化床10还可以与若干第二回转窑反应器14相连形成装置组。所述上游热解反应器可以为稀相输送床11，所述下游焦油裂解反应器为第二回转窑反应器14。在上述包括旋风分离器5、料腿6、排焦管7和熄焦装置8装置的基础上，还可以仅包括旋风分离器5、料腿6、熄焦装置8，所述旋风分离器5上部物料入口通过管道与下游焦油裂解反应器4相连通，旋风分离器5底部固体产物出口通过料腿6与熄焦装置8连通。基于上述热解气化装置，可以优选以下几种方式所述上游热解反应器为流化床10，所述下游焦油裂解反应器可以为稀相输送床 11。所述上游热解反应器为流化床10，所述下游焦油裂解反应器可以为沉降炉12。进一步地，可以 优选为，所述沉降炉12的侧壁下部气体出口与旋风分离器5的入口相连通，沉降炉12的底部直接与熄焦装置8相连通。在上述的制备无焦油富氢气体的热解气化方法以及热解气化装置中，所述供料装 置1优选为螺旋进料装置。本专利技术的主体思想是先将含碳固体燃料中的挥发分通过热解的方式提取出来，然 后进一步将热解气体中焦油的脱除，半焦的部分气化，热解气氛组成的调整转化反应耦合 在一起，以提高热解气体中的高品质组分(H2，CH4等)含量，减少后续转化处理工艺的负荷。 整个反应所需的热量可由副产的热解半焦燃烧提供。本专利技术避免了传统工艺中的燃料燃烧 提供热量的同时将挥发分一并燃烧，致使热解气体中H2、CH4含量低，后续气体组成重整反 应处理量大等问题。附图说明图1为本专利技术热解气化装置示意2为本专利技术两级回转窑相结合的热解气化装置示意图；图3为本专利技术两级回转窑相结合的以热烟气为热源的热解气化装置示意图；图4为本专利技术流化床与回转窑相结合的热解气化装置示意图；图5为本专利技术流化床与多个回转窑相结合的热解气化装置示意图；图6为本专利技术稀相输送床与回转窑相结合的热解气化装置示意图；图7为本专利技术流化床与稀相输送床相结合的热解气化装置示意图；图8为本专利技术流化床与沉降炉相结合的热解气化装置示意图；附图标识1、供料装置2、上游热解反应器3、溢流管4、下游焦油裂解反应器 5、旋风分离器6、料腿7、排焦管8、熄焦装置9、燃烧器10、流化床11、稀相输送床12、沉降炉13、第一回转窑反应器 14、第二回转窑反应器具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的制备无焦油富氢气体的热解气化方法，包括以下步骤1)将含碳固体原料通过供料装置送入上游热解反应器内进行热解，产生热解气相 产物及固体产物；2)将步骤1)产生的热解气相产物及固体产物通入下游焦油裂解反应器内，通过高 温热裂解、部分氧化及热解半焦催化裂解反应去除焦油，获得热解气和热解半焦。上游热解反应器可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法，包括以下步骤：1）将含碳固体原料通过供料装置送入上游热解反应器内进行有氧热解，产生热解气相产物及固体产物；2）将步骤1）产生的热解气相产物及固体产物通入下游焦油裂解反应器内，通过高温热裂解、部分氧化及热解半焦催化裂解反应除去焦油；同时热解半焦发生部分气化，获得热解气和热解半焦。
【技术特征摘要】
1.一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法，包括以下步骤1)将含碳固体原料通过供料装置送入上游热解反应器内进行有氧热解，产生热解气相产物及固体产物；2)将步骤I)产生的热解气相产物及固体产物通入下游焦油裂解反应器内，通过高温热裂解、部分氧化及热解半焦催化裂解反应除去焦油；同时热解半焦发生部分气化，获得热解气和热解半焦。2.根据权利要求1所述的热解气化方法，其特征在于，所述含碳固体原料为煤、生物质或含碳固体废弃物。3.根据权利要求1所述的热解气化方法，其特征在于，所述上游热解反应器内反应温度为700-1000°C，所述下游焦油裂解反应器内反应温度为900-1300°C。4.根据权利要求1-3所述的热解气化方法，其特征在于，对步骤2)获得的热解产物进行气固分离；获得热解气和热解半焦产品。5.根据权利要求1-3所述的热解气化方法，其特征在于，可在热解原料中加入一定量的钙基矿物质或其它具有焦油裂解能力的催化剂。6.一种基于权利要求1所述制备无焦油富氢气体的热解气化方法的热解气化装置，包括供料装置(I)、溢流管(3 )，上游热解反应器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：许光文，韩江则，曾玺，高士秋，董鹏伟，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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